DE2321890A1

DE2321890A1 - Schaltungsanordnung fuer einen elektrischen schrittmotor

Info

Publication number: DE2321890A1
Application number: DE19732321890
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Schaeff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1974-11-07
Also published as: FR2227677B1; JPS5015029A; BE814326A; JPS5650519B2; FR2227677A1; DE2321890B2; IT1010193B; GB1413447A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSOHAi¹T Erlangen, den-* ^h ^" ^:;'"ΐ Berlin und Hünchen Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: YPA 73/3087 Gu/Or

Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor

Die Erfindung "betrifft eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen, deren Knotenpunkte jeweils von Umschaltern in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen auf Steuerleitungen zyklisch auf Betriebsspannung oder auf Masse geschaltet sind.

Um bei elektrischen Schrittmotoren eine möglichst hohe Schrittzahl pro Zeiteinheit zu erreichen, soll der Strom in der jeweiligen Wicklung bei Beginn der Ansteuerung möglichst rasch auf seinen Nennwert ansteigen und am Ende der Ansteuerung möglichst rasch wieder abklingen. Der gegebene ohmsche und induktive Widerstand der Wicklung begrenzt jedoch die Stromanstiegsgeschwindigkeit und die Stromabfallgeschwindigkeit, Zwar kann die Stromanstiegsgeschwindigkeit durch Wahl einer höheren Betriebsspannung verkürzt werden, jedoch ist dann eine Begrenzung auf den Nennwert des Wicklungsstromes erforderlich. Eine derartige Strombegrenzung kann durch Serienwiderstände zu den Wicklungen erfolgen. Dabei treten jedoch hohe Verlustleistungen auf.

Bei einem elektrischen Schrittmotor mit in Stern geschalteten Wicklungen sind die Wicklungsströme und die Leiterströme in den Zuleitungen identisch und können daher leicht erfaßt und geregelt werden. Bei einem Schrittmotormit in Dreieck geschalteten Wicklungen dagegen sind die Wicklungsströme ohne Eingriffe in den Motor nicht erfaßbar oder regelbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wick-

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lungen eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der auf einfache und praktische verlustlose Weise die Wicklungsströme auf einen vorgegebenen Nennwert geregelt werden können.

Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß jeder Umschalter von einem UND-Gatter angesteuert ist, dessen Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung und mit dem Ausgang eines die Summe der Leiterströme auswertenden Grenzwertmelder verbunden sind.

Da die Summe der Leiterströme auf den Zuleitungen übereinstimmt mit der Summe der Ströme in den Wicklungen und da die Widerstände der einzelnen Wicklungen praktisch gleich sind, werden durch die erfindungsgemäße Regelung der Summe der Leiterströme auf einen konstanten Wert auch die jeweiligen Wicklungsströme geregelt. Solange auf einerjoder mehreren Steuerleitungen die entsprechenden Ansteuerbefehle und ein gleichsinniges Signal vom Grenzwertmelder an den UND-Gattern anstehen, sind die angesteuerten Knotenpunkte auf Betriebsspannung geschaltet. Sobald die Summe der Leiterströme einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, wechselt das Signal am Ausgang des Grenzwertmelders und sperrt die UND-Gatter und damit die Ansteuerung der Wicklungen. Wenn die Summe der Leiterströme die Ansprechschwelle wieder unterschreitet, wird die Ansteuerung erneut freigegeben. Während der Dauer eines Ansteuerbefehls erfolgt somit eine getaktete Stromregelung. Hierfür wird nur ein einziger Grenzwertmelder benötigt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Umschalter jeweils aus zwei Transistoren in Gegentaktschaltung aufgebaut sLnd. Die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung auftretende Verlustleistung wird damit im wesentlichen durch die Umschaltverluste dieser Schalttransistoren bestimmt.

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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht den UND-Gattern nachgeschaltete Signalverstärker mit Gegentaktstufen im Ausgangskreis vor. Die Gegentaktstufen dienen dabei als Umschalter.

Zur Ableitung der in den Wicklungen beim Zu- und Abschalten entstehenden induktiven Überspannungen kann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung jeder Knotenpunkt mit Dioden gegen Masse und gegen die Betriebsspannung beschaltet sein.

Eine besonders einfache Erfassung der Summe der Leiterströme ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, daß sämtliche Knotenpunkte über die Umschalter auf eine gemeinsame Erdleitung mit einem Meßwiderstand geschaltet sind, dessen Spannungsabfall einem Grenzwertmelder zugeführt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: I¹Ig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ,

]?ig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit kontaktlosen Schaltelementen.

In der Darstellung der Mg. 1 sind die drei in Dreieck geschalteten Statorwicklungen eines elektrischen Schrittmotors mit W_AT)f W_Ar( und 1Ι7_Ώ» bezeichnet. Den Knotenpunkten A, B, C sind Umschalter 1, 2, 3 zugeordnet, die diese Knotenpunkte in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen auf den Steuerleitungen 4, 5» zyklisch mit der Betriebsspannung U₅ oder mit Masse M verbinden. Jeder Umschalter wird von einem UND-Gatter 7, 8, 9 angesteuert, dessen Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung 4, 5, 6 und mit dem Ausgang 10 eines Grenzwertmelders 11 verbunden sind. Sämtliche Knotenpunkte A, B, C sind über die entsprechenden Umschalter, 1, 2, 3 auf eine gemeinsame Erdleitung 12 geschaltet die einen Meßwiderstand 13 aufweist. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 bildet das Eingangssignal für den Grenzwertmelder 11.

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Den in Pig. 1 gezeichneten Schalterstellungen liegt eine Ansteuerung zugrunde, bei der auf den Steuerleitungen 4 und jeweils O-Signal und auf der Steuerleitung 6 1-Signal als Ansteuerbefehl erscheint. Bei Beginn der Ansteuerung fließt auf der gemeinsamen Erdleitung 12 und im Meßwiderstand 13 noch kein Strom, so daß am Ausgang 10 des Grenzwertmelders 11

1-Signal erscheint. Der Ausgang des UND-Gatters führt daher ebenfalls 1-Signal und bringt den Umschalter 3 in die gezeichnete Stellung. Die Betriebsspannung U-n wird auf den Knotenpunkt C geschaltet. In den Wicklungen W._c und W-g_C fließt ein Wicklungsstrom, der über die Umschalter 1 und und die Erdleitung 12 gegen Masee M abfließt. Sobald dieser Summenstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet, übersteigt auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 11. An dessen Ausgang erscheint O-Signal und sperrt das UND-Gatter' 9. Die Ansteuerung des Knotenpunktes C wird dadurch solange unterbrochen, bis der Summenstrom wieder unter die vorgegebene Ansprechschwelle'des Grenzwertmelders 11 gesunken ist*

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es sind drei Signalverstärker 14, 15, 16 vorgesehen, in deren Eingangskreisen die UND-Gatter 7, 8, 9 liegen und deren Ausgangskreise jeweils aus zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren 17, 18 bzw. 19, 20 und 21, 22 bestehen. Die Knotenpunkte A, B, C sind jeweils mit Dioden 23, 25 und 27 gegen die Betriebsspannung U-g und mit Dioden 24, 26 und 28 gegen Masse beschaltet. Anstelle der dargestellten npn-pnp-Kombinationen als Gegentaktendstufenkönnen auch andere geeignete Kombinationen von Transistoren verwendet werden.

Fig. 2

In/wird ein Betriebsfall betrachtet, bei dem auf den Steuerleitungen 4 und 5 Ansteuerbefehle mit 1-Signal anstehen. Der Grenzwertmelder 11 gibt an seinem Ausgang 10 zunächst ebenfalls ein 1-Signal aus, so daß die UND-Gatter 7 und 8

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1-Signal führen und die Signalverstärker H.und 15 ansteuern. Die Transistoren 17, 19 und 22 sind durchlässig, während die Transistoren 18, 20 und 21 gesperrt sind. Der Knotenpunkt A wird über den Transistor 17 und der Knotenpunkt B über den Transistor 19 angesteuert. In den Wicklungen W.„ und W_BC fließen Wicklungsströme zum Knotenpunkt C. Der Transistor muß daher den vollen Summenstrom aufnehmen, der über die gemeinsame Brdleitung 12 gegen Masse abgeleitet wird. Sobald der am Meßwiderstand 13 abgegriffene und dem Summenstrom proportionale Spannungsabfall die vorgegebene Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 11 überschreitet, legt dieser O-Signal an die UND-Gatter 7"und 8 und ssrrt damit die Transistoren und 19. Damit wird der Stromfluß von der Betriebsspannung XL, her un t erbrochen . Die Wicklungsströme kommutieren auf die nach Masse geschalteten Dioden und klingen ab. Sobald der Summenstrom die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 11 unterschreitet, hebt dieser die Sperre wieder auf und die Betriebsspannung wird über die Transistoren 17 und 19 wieder zugeschaltet.

5 Patentansprüche
2 figuren

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Claims

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1.JSchaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen, deren Knotenpunkte jeweils von Umschaltern in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen auf Steuerleitungen zyklisch auf Betriebsspannung oder auf Masse geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umschalter (1, 2, 3) von einem UND-Gatter (7, 8, 9) angesteuert ist, dessen Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung (4, 5» 6) und mit dem Ausgang (10) eines die Summe der Leiterströme auswertenden Grenzwertmelders (11) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter jeweils aus zwei Transistoren (17, 18 bzw. iy, 20 bzw. 21, 22) in Gegentaktschaltung aufgebaut sind.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch den UND-Gattern (7, 8, 9) nachgeschaltete Signalverstärker (14, 15, 16) mit Gegentaktstufen im Ausgangskreis.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knotenpunkt (A, B, C) mit Dioden (23 bis 28) zur Ableitung der induktiven Überspannungen gegen Masse (M) und gegen die Betriebsspannung (U-o) beschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Knotenpunkte (A, B, C) über die Umschalter auf eine gemeinsame Erdleitung (12) mit einem Meßwiderstand (13) geschaltet sind, dessen Spannungsabfall dem Grenzwertmelder (11) zugeführt ist.

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